Почему мультиметр подает большее напряжение, чтобы измерить меньшее сопротивление?

Я заметил это поведение на двух разных мультиметрах (разных моделях и брендах). Сначала я не использовал мультиметр, чтобы измерить, насколько изменилось напряжение для разных шкал индикатора: я понял это, используя свой собственный язык (черт возьми, да). Для обоих принадлежащих мне мультиметров я определенно чувствовал, что покалывание становится сильнее, когда масштаб становится меньше.

Итак: я попытался измерить напряжение, приложенное к зондам одного мультиметра при различных уровнях считывания шкалы сопротивления, используя второй мультиметр для считывания Вольт. Я впечатлен результатами.

Вот что я прочитал. С левой стороны находится «измеренная» шкала мультиметра, справа - напряжение, которое я прочитал:

200Ω -> 2,96 В
2 кОм -> 2,95 В
20 кОм -> 2,93 В
200 кОм -> 2,69 В
2 МОм -> 1,48 В (что за капля!)

Если я переключу счетчики, то это еще больше сбивает меня с толку:

200Ω -> 2,71 В
2 кОм -> 2,69 В
20 кОм -> 0,35 В (!!)
200 кОм -> 0,32 В
2 МОм -> 0,18 В

Может ли кто-нибудь прояснить, почему это происходит? Я ожидаю, что более высокое напряжение должно быть применено для измерения большего сопротивления. Непосредственно перед нажатием кнопки «Пост» я также решил измерить ток - для разных уровней шкалы омметра. Угадайте, что: они тоже точно упали, но не с тем же соотношением, что и напряжение. Я запутался как черт. Благодарность!

— Dakatine
источник

Пожалуйста, прекратите использовать свой язык для измерения напряжения, или вы будете в конечном итоге, как эта ящерица: chat.stackexchange.com/transcript/message/11118485#11118485

— Jippie

Подсоедините известный резистор (в диапазоне) к измерителю и посмотрите, как напряжение изменяется вместе с ним.

— Джиппи

@jippie спасибо, чувак :), но, зная, что мои счетчики питаются от батареи 9 В, я прекрасно понимал, что ничего плохого не произойдет.

— Дакатин

Я думаю, что решил верхний пример в моем отредактированном ответе.

— Джиппи

Пожалуйста, не используйте ваше тело в качестве мультиметра, люди фактически умерли из-за этого ( darwinawards.com/darwin/darwin1999-50.html ), это также было только 9 В ... В качестве альтернативы вы можете использовать светодиод с резистором или без него. Как бы то ни было, лучше горит светодиод, чем ты сам ...

— magu_

Я думаю, что падение напряжения в вашем верхнем примере вызвано входным импедансом вольтметра (вероятно, около 10 м), который медленно попадает в диапазон омметра.
Для диапазона 20k и выше это снова проблема входного импеданса вольтметра. Я думаю, что диапазон 200 Ом связан с измерением диода, который требует аналогичного источника тока при относительно высоком напряжении. Это оставляет диапазон 2 кОм, который, вероятно, реализован экономически эффективным способом на основе источника тока для диапазона 200 Ом.

Только с принципиальной схемой ответ может быть уверен на 100%.

Ваш мультиметр попытается измерить Ом, посылая известный / установленный ток через подключенный резистор. Этот установленный ток зависит от диапазона, в котором находится ваш измеритель. Однако ваш мультиметр не имеет идеального источника тока на плате, а скорее пытается реализовать источник тока от напряжения вашей батареи и пары полупроводников, поэтому напряжение открытого зажима никогда не поднимется выше напряжение батареи.

Не уверен, почему напряжение падает так сильно для более высоких диапазонов, это будет связано со способом построения источника тока. Обратите внимание, что «высокое» напряжение бесполезно (четвертый столбец ниже), когда вы понимаете, что произведение измеренного тока на диапазон намного меньше, чем напряжение открытого зажима (второй столбец).

Также обратите внимание, что напряжение, измеренное в самом низком диапазоне сопротивления, идентично напряжению, используемому для измерений диода для всех трех метров. Для измерения диода вы хотите относительно высокое напряжение, чтобы проверить относительно высокое падение напряжения на диоде. В этом случае вы по-прежнему используете постоянный ток, но вас больше не интересует сопротивление, а не фактическое измеренное напряжение. Бесполезно строить два отдельных источника тока для более или менее одинакового тока. С другой стороны, проще создать точный источник тока, если вы позволите себе более высокое падение напряжения на источнике тока и вам все равно не нужно напряжение (четвертый столбец).

Ниже приведены результаты для моих метров. Для двух из трех входное сопротивление вольтметра (10 МОм) было ниже диапазона омметра, поэтому я пропустил это значение. Столбцы следующие:

ассортимент
напряжение открытого зажима
ток измерения
максимальное напряжение, необходимое для измерения (диапазон × ток), обратите внимание на то, что это напряжение является достаточно постоянным!

DVM2000 (батарея 6 В)

\begin{matrix} range & \Rightarrow & open clamp voltage & \Rightarrow & constant current & \Rightarrow & full scale voltage \\ diode & \Rightarrow & 3.25 V & \Rightarrow & 785 µA \\ 500 Ω & \Rightarrow & 3.25 V & \Rightarrow & 785 µA & \Rightarrow & 500 Ω \times 785 µA = 400 mV \\ 5 kΩ & \Rightarrow & 1.19 V & \Rightarrow & 91.5 µA & \Rightarrow & 5 kΩ \times 91.5 µA = 460 mV \\ 50 kΩ & \Rightarrow & 1.18 V^{*)} & \Rightarrow & 11.5 µA & \Rightarrow & 50 kΩ \times 11.5 µA = 575 mV \\ 500 kΩ & \Rightarrow & 1.09 V^{*)} & \Rightarrow & 1.1 µA & \Rightarrow & 500 kΩ \times 1.1 µA = 550 mV \\ 5 MΩ & \Rightarrow & 614 {mV}^{*)} & \Rightarrow & 0.1 µA (last digit) \\ 50 MΩ & \Rightarrow & ?^{*)} & \Rightarrow & ? \end{matrix}

$\begin{array}\\ \text{range} &\Rightarrow& \text{open clamp voltage} &\Rightarrow& \text{constant current} &\Rightarrow& \text{full scale voltage}\\ \hline\\ \text{diode} &\Rightarrow& 3.25\text{V} &\Rightarrow& 785\text{µA}\\ 500Ω &\Rightarrow& 3.25\text{V} &\Rightarrow& 785\text{µA} &\Rightarrow& 500Ω × 785\text{µA} = 400\text{mV}\\ 5\text{kΩ} &\Rightarrow& 1.19\text{V} &\Rightarrow& 91.5\text{µA} &\Rightarrow& 5\text{kΩ} × 91.5\text{µA} = 460\text{mV}\\ 50\text{kΩ} &\Rightarrow& 1.18\text{V} ^{*)} &\Rightarrow& 11.5\text{µA} &\Rightarrow& 50\text{kΩ} × 11.5\text{µA} = 575\text{mV}\\ 500\text{kΩ} &\Rightarrow& 1.09\text{V} ^{*)} &\Rightarrow& 1.1\text{µA} &\Rightarrow& 500\text{kΩ} × 1.1\text{µA} = 550\text{mV}\\ 5\text{MΩ} &\Rightarrow& 614\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 0.1\text{µA} \text{(last digit)}\\ 50\text{MΩ} &\Rightarrow& ? ^{*)} &\Rightarrow& ?\\ \end{array}$

*) Напряжение открытого зажима для диапазонов> 5 кОм, вероятно, будет зависеть от входного сопротивления 10 МОм вольтметра. Они должны, вероятно, все читать 1.20V.

SBC811 (аккумулятор 3 В)

\begin{matrix} range & \Rightarrow & open clamp voltage & \Rightarrow & constant current & \Rightarrow & full scale voltage \\ diode & \Rightarrow & 1.36 V & \Rightarrow & 517 µA \\ 200 Ω & \Rightarrow & 1.36 V & \Rightarrow & 517 µA & \Rightarrow & 200 Ω \times 517 µA = 103 mV \\ 2 kΩ & \Rightarrow & 645 mV & \Rightarrow & 85.4 µA & \Rightarrow & 2 kΩ \times 85.4 µA = 171 mV \\ 20 kΩ & \Rightarrow & 645 mV & \Rightarrow & 21.7 µA & \Rightarrow & 20 kΩ \times 21.7 µA = 434 mV \\ 200 kΩ & \Rightarrow & 637 {mV}^{*)} & \Rightarrow & 3.71 µA & \Rightarrow & 200 kΩ \times 3.71 µA = 742 mV \\ 2 MΩ & \Rightarrow & 563 {mV}^{*)} & \Rightarrow & 0.44 µA & \Rightarrow & 2 MΩ \times 0.44 µA = 880 mV \\ 20 MΩ & \Rightarrow & ?^{*)} & \Rightarrow & 0.09 µA (last digit) \end{matrix}

$\begin{array}\\ \text{range} &\Rightarrow& \text{open clamp voltage} &\Rightarrow& \text{constant current} &\Rightarrow& \text{full scale voltage}\\ \hline\\ \text{diode} &\Rightarrow& 1.36\text{V} &\Rightarrow& 517\text{µA}\\ 200Ω &\Rightarrow& 1.36\text{V} &\Rightarrow& 517\text{µA} &\Rightarrow& 200Ω × 517\text{µA} = 103\text{mV}\\ 2\text{kΩ} &\Rightarrow& 645\text{mV} &\Rightarrow& 85.4\text{µA} &\Rightarrow& 2\text{kΩ} × 85.4\text{µA} = 171\text{mV}\\ 20\text{kΩ} &\Rightarrow& 645\text{mV} &\Rightarrow& 21.7\text{µA} &\Rightarrow& 20\text{kΩ} × 21.7\text{µA} = 434\text{mV}\\ 200\text{kΩ} &\Rightarrow& 637\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 3.71\text{µA} &\Rightarrow& 200\text{kΩ} × 3.71\text{µA} = 742\text{mV}\\ 2\text{MΩ} &\Rightarrow& 563\text{mV} ^{*)}&\Rightarrow& 0.44\text{µA} &\Rightarrow& 2\text{MΩ} × 0.44\text{µA} = 880\text{mV}\\ 20\text{MΩ} &\Rightarrow& ? ^{*)} &\Rightarrow& 0.09\text{µA} \text{(last digit)}\\ \end{array}$

*) Напряжение открытого зажима для диапазонов> 2 кОм, вероятно, будет зависеть от входного сопротивления 10 МОм вольтметра. Вероятно, все они должны читать 645 мВ.

DT-830B (батарея 9 В)

\begin{matrix} range & \Rightarrow & open clamp voltage & \Rightarrow & constant current & \Rightarrow & full scale voltage \\ diode & \Rightarrow & 2.63 V & \Rightarrow & 1123 µA \\ 200 Ω & \Rightarrow & 2.63 V & \Rightarrow & 1123 µA & \Rightarrow & 200 Ω \times 1123 µA = 224 mV \\ 2 kΩ & \Rightarrow & 299 mV & \Rightarrow & 70 µA & \Rightarrow & 2 kΩ \times 70 µA = 140 mV \\ 20 kΩ & \Rightarrow & 299 mV & \Rightarrow & 23.0 µA & \Rightarrow & 20 kΩ \times 23.0 µA = 460 mV \\ 200 kΩ & \Rightarrow & 297 {mV}^{*)} & \Rightarrow & 2.95 µA & \Rightarrow & 200 kΩ \times 2.95 µA = 590 mV \\ 2 MΩ & \Rightarrow & 275 {mV}^{*)} & \Rightarrow & 0.35 µA (near scale low end) & \Rightarrow & 2 MΩ \times 0.35 µA = 700 mV \end{matrix}

$\begin{array}\\ \text{range} &\Rightarrow& \text{open clamp voltage} &\Rightarrow& \text{constant current} &\Rightarrow& \text{full scale voltage}\\ \hline\\ \text{diode} &\Rightarrow& 2.63\text{V} &\Rightarrow& 1123\text{µA} \\ 200Ω &\Rightarrow& 2.63\text{V} &\Rightarrow& 1123\text{µA} &\Rightarrow& 200Ω × 1123\text{µA} = 224\text{mV}\\ 2\text{kΩ} &\Rightarrow& 299\text{mV} &\Rightarrow& 70\text{µA} &\Rightarrow& 2\text{kΩ} × 70\text{µA} = 140\text{mV}\\ 20\text{kΩ} &\Rightarrow& 299\text{mV} &\Rightarrow& 23.0\text{µA} &\Rightarrow& 20\text{kΩ} × 23.0\text{µA} = 460\text{mV}\\ 200\text{kΩ} &\Rightarrow& 297\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 2.95\text{µA} &\Rightarrow& 200\text{kΩ} × 2.95\text{µA} = 590\text{mV}\\ 2\text{MΩ} &\Rightarrow& 275\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 0.35\text{µA} \text{(near scale low end)} &\Rightarrow& 2\text{MΩ} × 0.35\text{µA} = 700\text{mV}\\ \end{array}$

*) Напряжение разомкнутого зажима для диапазонов> 20 кОм, вероятно, будет зависеть от входного сопротивления 10 МОм вольтметра. Они должны, вероятно, все читать 300 мВ.

— джиппи
источник

Спасибо за ваше объяснение, это в целом информативно, но я все еще не понимаю, почему падает напряжение. Можете ли вы испытать то же самое с вашим?

— Дакатин

Я добавил еще несколько деталей и думаю, что уведомление об измерении диода интересно.

— Джиппи

Спасибо за тестирование со своими счетчиками, @jippie. Я все ближе, чтобы понять. Некоторые мысли: * Напряжение также падает для вас - и есть некоторые большие "скачки" между некоторыми диапазонами, в то время как падение немного по сравнению с другими. Тем не менее, он всегда идет вниз или равно, никогда не вверх. * На самом деле ваш последний столбец «достаточно постоянен» только для вашего первого метра. Я вижу большие вариации для других, особенно для второго. * Самое главное: я не могу понять эту последнюю колонку. «максимальное напряжение, необходимое для измерения». Почему 224 мВ является максимальным для измерения 200 Ом, а 130 мВ для 2 кОм?

— Дакатин

Потому что ток, используемый для измерения, является постоянным.

— Джиппи

Я думаю, что лучшее частичное объяснение вашей «проблемы» - курсив.

— Джиппи

Хороший «линейный» способ измерения сопротивления - это подача известного количества тока через резистор и измерение напряжения. Поскольку напряжение будет пропорционально сопротивлению, измеритель, показание которого пропорционально напряжению, будет считывать значение, пропорциональное сопротивлению.

Поскольку резисторы меняются на много порядков, нет единой величины тока, которая бы оптимально работала для измерения всех сопротивлений. Ток одного микроампера может привести к падению резистора на 1 М, но к резистору с сопротивлением 1 Ом - только к микровольту. Измеритель с одним источником тока, который был ограничен до 2 вольт, и чье считывание напряжения в самом точном диапазоне был только с точностью до микровольт, не смог бы измерить любые сопротивления, превышающие 2 мегагерца, и мог измерять только небольшие сопротивления с точностью до ближайшего ома. , Если бы вместо одного источника тока 1 мкА измеритель использовал источник тока 0,1 мкА и источник тока 100 мкА, то меньший источник тока мог бы измерять резисторы до 20 мегагерц,

— Supercat
источник